一種混合式高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)研究

李因易 俞杰 陳志鋼 劉軼 田勝雄

摘 ? 要：隨著我國高速公路的快速發(fā)展，高速公路通行量也逐漸增加，同時(shí)，高速公路收費(fèi)站擁堵問題逐漸加劇。為解決該問題，文章采用電子車牌、ETC多種移動(dòng)支付相結(jié)合的方式，構(gòu)建同時(shí)實(shí)現(xiàn)ETC車道和MTC車道的不停車收費(fèi)系統(tǒng)。該系統(tǒng)解決了MTC車道通行效率低和MTC車道與ETC車道利用率不均衡的問題，有效解決了收費(fèi)站擁堵問題。

關(guān)鍵詞：混合式收費(fèi);電子車牌;收費(fèi)車道;公路半自動(dòng)車道收費(fèi)系統(tǒng);電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)

高速公路因具有高速、高效、安全、舒適等特點(diǎn)，已在我國的交通網(wǎng)絡(luò)中起著越來越重要的作用，為進(jìn)一步提升我國高速公路的運(yùn)行能力，不斷有新的高速公路建設(shè)、投入使用，高速公路的通行量也在逐漸增加[1]。不停車收費(fèi)是高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展方向，它能夠有效地解決傳統(tǒng)人工收費(fèi)方式造成的車輛延誤時(shí)間長及收費(fèi)站擁堵問題[2]。電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection，ETC）車道是目前高速公路主要的不停車收費(fèi)車道，能夠有效緩解收費(fèi)站的交通擁堵問題，該方式已在全國范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用[3-4]。但是由于仍有許多車輛沒有安裝ETC，導(dǎo)致收費(fèi)時(shí)仍然需要停車?yán)U費(fèi)，產(chǎn)生通行效率低以及ETC車道和公路半自動(dòng)車道收費(fèi)系統(tǒng)（Manual Toll Collection System，MTC）車道利用率不均衡的問題[5-6]。

1 ? ?高速公路收費(fèi)站現(xiàn)狀

1.1 ?現(xiàn)有的車道主要由ETC車道和MTC車道組成

ETC車道主要方便安裝了ETC設(shè)備的車輛通行，而MTC車道支持以現(xiàn)金或刷卡方式繳費(fèi)的車輛通行。兩車道在出入口并行使用，但兩者間不存在通用性，導(dǎo)致當(dāng)某一類車道出現(xiàn)擁堵時(shí)，不能及時(shí)進(jìn)行有效的疏導(dǎo)分流。

1.2 ?現(xiàn)有MTC車道主要采用現(xiàn)金或刷卡的方式通行

司乘人員需要停車并以現(xiàn)金或刷卡的方式完成通行費(fèi)繳納，收費(fèi)員以及司乘人員需要進(jìn)行多次交互以完成通行，在高峰時(shí)段因車輛停車?yán)U費(fèi)造成收費(fèi)站排隊(duì)擁堵，效率低。

1.3 ?高速公路的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較復(fù)雜

高速公路存在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的情況，在基于移動(dòng)支付通行的條件下，易因環(huán)境因素以及網(wǎng)絡(luò)因素引起支付不成功，造成費(fèi)用糾紛。

2 ? ?混合式高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)

為解決高速公路收費(fèi)過程中存在的問題，本文研發(fā)了一種混合式高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)。采用基于電子車牌、ETC的多種移動(dòng)支付相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)車輛自由選擇車道通行，提高車輛的通行效率和速度。同時(shí)，采用雙離線解決方案，實(shí)現(xiàn)離線車輛校驗(yàn)和離線扣款，保障復(fù)雜環(huán)境以及不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的司乘人員車輛快速通行。使用機(jī)動(dòng)車電子標(biāo)識(shí)技術(shù)在需要標(biāo)記的點(diǎn)位對(duì)標(biāo)識(shí)進(jìn)行讀取或?qū)懭耄诔隹诨謴?fù)車輛行駛路徑，實(shí)現(xiàn)精確收費(fèi)和費(fèi)用清分。當(dāng)無感車輛通過高速公路收費(fèi)站時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)支付通行。混合式不停車收費(fèi)系統(tǒng)同時(shí)支持ETC車道和MTC車道，兼容現(xiàn)有車道的所有通行方式，實(shí)現(xiàn)車輛全車道的暢行，大大提高了車道的利用率。

3 ? ?混合式高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)的架構(gòu)

混合式高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)有的車道控制系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)的功能體系結(jié)構(gòu)，通過安全接口通信完成車輛的不停車通行，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案如圖1所示。

4 ? ?混合式高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 ?ETC車道不停車收費(fèi)

對(duì)ETC車道加裝電子車牌和ETC復(fù)合天線以及視頻識(shí)別設(shè)備。當(dāng)車道通行ETC車輛時(shí)，識(shí)別車輛的車牌信息及ETC屬性信息，區(qū)分當(dāng)前車輛的車載單元（On Board Unit，OBU）屬性，當(dāng)車輛是安裝了OBU設(shè)備的ETC用戶車輛時(shí)，采用已有的ETC通行扣費(fèi)方式透傳給收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行通行;當(dāng)車輛屬于安裝汽車電子標(biāo)識(shí)的注冊(cè)用戶通行時(shí)，通過電子車牌識(shí)別設(shè)備對(duì)當(dāng)前車輛信息準(zhǔn)確地獲取，并進(jìn)行車輛信息的驗(yàn)證，判斷當(dāng)前車輛電子車牌信息的真實(shí)性并解碼車輛的其他特征，通過與現(xiàn)有收費(fèi)系統(tǒng)接口的對(duì)接，將信息傳給收費(fèi)系統(tǒng)，收費(fèi)系統(tǒng)產(chǎn)生消費(fèi)流水，消費(fèi)流水上傳至站級(jí)，流水逐級(jí)上傳至聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)清分平臺(tái)，聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)平臺(tái)通知非現(xiàn)金支付平臺(tái)進(jìn)行扣費(fèi)。如果該電子車牌綁定了銀行卡或第三方支付賬號(hào)，該消費(fèi)流水也可以送往移動(dòng)支付平臺(tái)進(jìn)行支付。

對(duì)未安裝電子車牌的車輛，通過攝像頭識(shí)別車輛的車牌信息與車型信息，并與車輛注冊(cè)提供的駕駛證信息和車輛車型信息進(jìn)行一致性的判定，實(shí)現(xiàn)車輛出入口一致性判定、車輛出入口與注冊(cè)車輛信息一致性判定，準(zhǔn)確驗(yàn)證當(dāng)前車輛的真實(shí)性。對(duì)安裝了電子車牌的車輛，除以上的兩個(gè)一致性判定校核外，還增加了電子車牌的一致性校驗(yàn)，將機(jī)器視覺判定結(jié)果與電子車牌識(shí)別結(jié)果進(jìn)行雙向驗(yàn)證，準(zhǔn)確驗(yàn)證當(dāng)前車輛的真實(shí)性。驗(yàn)證通過的車輛，確認(rèn)可進(jìn)行不停車的移動(dòng)支付，并通過移動(dòng)支付平臺(tái)和第三方支付平臺(tái)進(jìn)行支付和處理，實(shí)現(xiàn)非ETC車輛不停車移動(dòng)通行ETC專用車道的功能。電子車牌ETC符合天線+視覺識(shí)別效果如圖2所示。

4.2 ?MTC車道不停車收費(fèi)

對(duì)于MTC車道，目前的通行方式主要是現(xiàn)金支付和掃碼支付，車輛需要停車?yán)U納完成支付。基于現(xiàn)有的MTC車道，在不影響現(xiàn)有的MTC車道通行功能情況下，通過加裝電子車牌識(shí)別和攝像頭設(shè)備，與現(xiàn)有的車道系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)在安全通信協(xié)議條件下，實(shí)現(xiàn)MTC車道不停車支付，提高M(jìn)TC車道的通行效率和用戶體驗(yàn)。

有機(jī)動(dòng)車電子標(biāo)識(shí)的車輛通行MTC車道時(shí)，由車道的機(jī)動(dòng)車電子標(biāo)識(shí)讀寫器讀取車輛的機(jī)動(dòng)車電子標(biāo)識(shí)。當(dāng)車輛安裝汽車電子標(biāo)識(shí)的注冊(cè)用戶通過電子車牌識(shí)別設(shè)備時(shí)，對(duì)當(dāng)前車輛信息進(jìn)行準(zhǔn)確的獲取，并進(jìn)行車輛信息的驗(yàn)證，判斷當(dāng)前車輛電子車牌信息的真實(shí)性，并解碼車輛的其他特征，通過與現(xiàn)有收費(fèi)系統(tǒng)接口的對(duì)接，將信息傳給收費(fèi)系統(tǒng)，進(jìn)行收費(fèi)。

未安裝電子車牌的車輛通過MTC車道時(shí)，同樣可以通過攝像頭識(shí)別車輛的車牌信息與車型信息，實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)。在安裝了電子車牌的車輛，除了攝像頭識(shí)別外還增加了電子車牌信息作為驗(yàn)證信息，確保收費(fèi)車輛信息的真實(shí)性。電子車牌+視覺識(shí)別效果如圖3所示。

5 ? ?結(jié)語

本系統(tǒng)將兩種收費(fèi)方式進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了ETC車道和MTC車道的不停車收費(fèi)功能，一方面可以提高收費(fèi)站的通行效率以及降低收費(fèi)員的工作強(qiáng)度，另一方面可以有效提高司乘人員的用戶體驗(yàn)，并將相應(yīng)的車輛信息校核、費(fèi)用扣繳等工作交由服務(wù)器自動(dòng)完成，用戶在不停車、不拿手機(jī)的情況下即可順暢通行高速公路。同時(shí)，通過增加驗(yàn)證功能，使得收費(fèi)管理更加完善和準(zhǔn)確。最大限度地利用了MTC車道的相關(guān)設(shè)備和設(shè)施，以最小的成本達(dá)到了最有效、最全面的改造，解決了目前收費(fèi)站擁堵、車道利用率不均衡的缺點(diǎn)，是一項(xiàng)具有較高推廣價(jià)值的高速公路收費(fèi)系統(tǒng)實(shí)用技術(shù)。

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